宇宙中的黄金从何而来？新研究：黑洞可能会无意中制造黄金！黄金是一种元素

黄金是一种元素，这意味着你无法通过普通的化学反应来制造它——尽管炼金术士已经尝试了几个世纪。要制造黄金，必须将79个质子和118个中子结合在一起形成一个原子核，这是极其强烈的核聚变反应。那么地球到太阳系、甚至宇宙中的黄金到底是从哪里来的呢？

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直到2017年，科学家通过中子星之间的碰撞光谱，才证实重金属如黄金、银、铀等元素可从中诞生。不过宇宙制造重元素的方法，可能比我们想象的多。发表于《皇家天文学会月刊》的一项新研究指出，新生黑洞可能也会无意中制造黄金。
大爆炸后不久，宇宙只有氢和氦！
过去科学家对宇宙的探索中有一个最基本的问题是：元素周期表的元素从何而来？自上世纪50年代以来，我们就知道在大爆炸期间形成了宇宙中最轻的元素--氢和氦。而大多数比锂重的元素、直到元素周期表上的铁，都是在数十亿年后通过恒星的核聚变形成。但比铁重的、如金、银和铀等元素从何而来一直是个谜，因为重元素的形成需要比一颗恒星更多的能量。
那么比铁更重的金、银、钍和铀，又是从何而来呢？

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理论物理学家认为，产生比铁重的物质的唯一方法是通过称为中子俘获的过程，其中中子穿透原子核——例如铁原子——吸收中子，产生一个新的、更重的原子核，从而产生一种新元素。通过观测和计算表明，超新星爆炸会引发中子俘获过程产生许多更重的元素。不过很快科学家们就意识到仅凭超新星就不足以解释某些重元素的存在--其中包括金和铂。
科学家进一步推导形成重元素的过程——称为“快中子捕获过程（R-process）” 。它发生在原子核快速连续吸收多个中子时，需要极高密度的自由中子，远高于超新星爆炸时发生的密度。多年后，科学家形成一个共识：大部分R过程发生在两颗中子星碰撞的时候，但是没有明确的证据。
PS：中子俘获过程有两种形式：快中子捕获过程（R-process）和慢中子捕获过程（S-process）。 S过程主要生产元素周期表中铅和铋等较轻的元素，而R过程通常生产与铀一样重的元素。

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直到2017年，人类首次侦测到双中子星碰撞释放的引力波事件。通过光谱分析，发现两颗中子星在距地球约1.4亿光年的星系中相撞时，可产生如金、银、铀、锶等重元素。科学家估计，双中子星碰撞事件短短1秒内产生50个地球质量的银、100个地球质量的黄金，以及500个地球质量的铂。
然而，中子星碰撞的结果无法解释宇宙中黄金的丰度，即中子星碰撞并非宇宙中黄金的主要来源。
新生黑洞有足够能量制造黄金！
目前还不清楚是否还有其他场景可以发生快中子捕获过程，但新生黑洞存在很大的可能性。德国亥姆霍兹重离子研究中心(GSI)天体物理学家奥利弗（OliverJust）的研究论文指出，两颗中子星碰撞形成之新生黑洞，或大质量恒星塌缩形成的恒星质量黑洞——坍缩星(collapsar) ，只要吸积盘条件正确，也能产生快中子捕获过程合成重元素。

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在这两种情况下，新黑洞都被认为是被一个密度高、炽热的物质环包围着，围绕黑洞旋转并被吞噬于其中。大量中子是合成重元素的基本要求，在如此高的中子密度条件下，允许现有元素快速捕获自由中子，锶、钍、铀，甚至金都在一瞬间形成，然后进入太空。同时几乎无质量的中微子在这个过程中起着关键作用，因为它们能够实现质子和中子之间的转换。

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奥利弗团队对此进行大量模拟，他们在模型中改变黑洞质量、自旋、周围物质质量等参数，以及不同参数对中微子的影响。他们发现，吸积盘总质量恰到好处，盘内就含有非常丰富的微中子并得以发生快中子捕获过程；但若吸积盘质量太高，微中子在离开圆盘前被中子重新捕获，这些中子转换回质子，反而会阻碍快中子捕获过程。

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而且模拟结果表明，产生重元素的最佳数值是太阳质量1%—10%的吸积盘。然而，目前尚不清楚这种吸积盘在坍缩星系统中是否出现以及出现的频率，所以对于制造重元素的坍缩星吸积盘质量尚无定论。